六辊冷轧机组

六辊冷轧机组（通用4篇）

六辊冷轧机组 篇1

0 前言

莱钢单机架冷轧机组自控系统的核心是自动厚度控制(automatic gauge control,AGC)、自动板型控制(automatic flatness control,AFC),为实现该系统全自动轧钢功能,结合生产实际对系统功能进行了完善设计。自动厚度控制系统采用前馈AGC、监控AGC、流量AGC有机结合,高速响应闭环控制的方式,消除了基本的厚度偏差,保证了最终成品的厚差精度。板型控制采用压磁式板型检测技术,板型控制的执行部分主要采用调温控制法和弯辊倾斜控制法,分段调温控制,作为弯辊倾斜控制的辅助手段,保证了高精度板型控制方案的实现。

1 系统构成及网络方案

1.1 系统概述

单机架冷轧机组自动控制系统主要由顺序逻辑控制系统、AGC控制系统、张力控制系统、板型控制系统、测速测厚系统等部分组成,其中顺序逻辑控制系统选用S7-400系列414-2DP CPU模块(CPU1)作为处理器,完成整个机组的信号采集及逻辑顺序控制;AGC控制系统由另一块414-2DP CPU(CPU2)和FM458共同实现,FM458配有EXM438I/O扩展模板,用于高性能闭环控制任务,并可以获得高速计算。系统通过D7-SYS和STEP7/CFC软件进行编程调试;张力控制系统与直流传动装置完成直接张力闭环控制;板型控制系统除完成精细调温控制功能外,还通过CPU2实现弯辊倾斜控制功能;测速测厚系统通过以太网通讯参与液压AGC运算及张力控制。

1.2 系统网络结构

如图1所示的网络结构中,最上一层是由PC组成,作为操作监控系统的人机界面,用于自动编排轧制计划、自动生成生产记录和统计报表、实时动画监控、显示各种设备运转的状态、显示和记录设备的故障报警。

第二层是由多套PLC、传动装置及特殊仪表组成。I/O单元分散安置在各相关设备附近,使连接的信号线减到最少,大大减少了信号传输过程中受到干扰的机会。

2 系统关键技术

本系统从提高产品质量、提高成材率、优化基础控制方面,实现了全自动轧钢、液压AGC自动控制、板型自动控制、系统保护等功能,关键技术及创新点主要有:

液压AGC系统,创新采用厚度、速度检测滤波技术;激光测速与码盘测速在线切换技术;分段厚差分级控制技术;预估补偿器技术;压力环、位置环调节参数自学习自适应技术;直接张力环控制技术;机组加减速补偿技术;AGC加权分配技术,实现了精确厚差控制和必要的系统保护功能。

AFC自动板型控制系统检测采用压磁式接触板型辊,解决了板型检测的难题,保证了实时板型检测的准确性与可靠性。

2.1 液压AGC技术[1]

液压AGC系统是单机架可逆冷轧机组的核心控制系统,此控制系统的优劣直接关乎冷轧产品的质量与成材率。

液压AGC系统主要由一套SIMADYN D控制装置、检测仪表(包括位移、压力、厚度、速度的检测)、伺服系统、液压推上缸等设备组成,其实质是通过改变辊缝实际位置来实现板带材厚度自动控制,液压AGC可分为内环控制和外环控制两部分。

2.1.1 内环控制

内环控制是轧机的轧辊辊缝控制系统,在轧制过程中负责辊缝的调节和控制。若内环控制以压下装置的位移传感器反馈作为控制目标,称之为自动位置控制(automatic position control,APC);若内环控制以压下装置的压力传感器反馈作为控制目标,称之为AFC。内环控制是单机架可逆轧机辊缝控制系统的核心,完成人工手动和自动辊缝调整。通过改变轧机辊缝来控制板带材厚度。

2.1.2 外环控制

外环控制是轧机质量控制系统,在轧制过程中负责带钢厚度控制,包括监控AGC、金属秒流量AGC、前馈AGC,通过运算厚度偏差,向内环输出厚度控制调整信号,调整液压压下位置控制成品厚度。

2.2 AFC自动板型控制技术

板型是指板带材的平直度,是对浪形、瓢曲或旁弯的有无及程度而言。在来料板型良好的条件下,它决定于延伸率沿宽度方向是否相等,即压缩率是否相同。若边部延伸率大,则产生边浪;中部延伸大,则产生中部浪形或瓢曲;一边比另一边延伸大,则产生“镰刀弯”。板型严重不良会导致勒辊、轧卡、断带、撕裂等事故的出现,使轧制操作无法正常进行。

板型控制的执行部分主要采用调温控制法和弯辊倾斜控制法。本系统采用以工作辊弯辊、中间辊弯辊、辊缝倾斜控制为主,分段调温控制为辅的手段,并配合精细冷却流量控制模型、辊温分布供乳模型,保证了高精度板型控制方案的实现。

2.2.1 调温控制技术(精细冷却)

调温控制法即利用分段冷却技术对板型进行控制,人为地向轧辊某些部分进行冷却或供热,改变辊温的分布,以达到控制辊型的目的。通过对沿辊身长度上布置的乳化液流量进行分段控制,达到调整辊型的目的。本系统采用精细冷却技术提高了冷却效率,作为弯辊控制的辅助手段起到了很好的控制效果。

本系统调温控制功能分两种情况:单道次轧制时由板型仪自控系统控制机前冷却喷射梁各部分的通断;双道次轧制时板型仪冷却部分停止工作,人工设定机后冷却梁各冷却段的通断,由PLC进行联锁控制。

2.2.2 弯辊控制技术

为了及时有效地控制板材平直度和横向厚度公差,需要一种反应迅速的辊缝调整方法,即弯辊控制法。弯辊控制是一种无滞后的辊型控制的有力手段,通过控制轧辊在轧制过程中的弹性变形以达到控制板型的目的,即利用液压缸施加压力使工作辊或中间辊产生附加弯曲,以补偿由于轧制压力和轧辊温度等因素变化而产生的辊缝形状变化,保证生产出高精度的产品。

中间辊和工作辊弯辊控制系统包括:中间辊正弯控制和工作辊正负弯辊控制。中间辊弯辊及平衡系统用于中间辊的正弯辊及中间辊轴承座的支撑与导向;中间辊弯辊结合中间辊窜动系统用于得到最合适的辊缝,起到控制板凸度,改善带材中部波浪、两肋波浪板型的作用,并且可以降低轧制压力。工作辊弯辊用以改变轧辊挠度,有效地控制板型。

本控制系统可以根据HMI轧制规程表中生成的弯辊力自动进行本道次弯辊控制,也可以由操作人员根据板型状况手动联调或单调,还可以参与板型仪控制信号的联调,非常灵活的满足了生产工艺要求。

2.3 辊缝控制技术[2]

本系统从抗干扰性能方面考虑,辊缝监测仪表采用磁感应型位移传感器,以保证该传感器的抗干扰能力,并且从抗震角度选择一体式大索尼磁尺。

辊缝控制包括:手动辊缝调节,AGC辊缝调节,辊缝同步和倾斜控制。本系统的特色是:辊缝倾斜不受手动调节干扰,不至于引起系统震荡;辊缝倾斜即可由操作人员根据板型状况手动联调或单调,还可参与板型仪控制信号的联调。

2.4 全自动轧钢控制功能的实现

全自动轧钢控制功能的实现,除自动AGC控制、自动AFC板型控制的核心技术外,主要是实现轧制过程中的恒张力控制及自动上卷、自动建张、自动升速、自动减速、准确停车、自动换辊等功能。

2.4.1 恒张力控制

本系统在开卷机及卷曲机和轧辊之间设有独立的恒张力控制系统,保证在整个机组稳速轧制阶段张力恒定。

恒张力轧制的主要作用是:防止带钢跑偏;使带钢保持板型平直;降低轧件的变形抗力;适当调整冷轧机主电机负荷。防止跑偏是冷轧操作中轧制能否稳定的重要问题,跑偏将破坏正常的板型,引起操作事故甚至设备事故。为保持恒定张力,在轧制过程中随前卷取机带卷直径的增大,前卷曲机应减速,而后卷取机应随着带卷直径的减小而加速。

恒张力轧制的核心技术是卷径计算与张力力矩的计算,此计算在直流传动装置的T400工艺板中实现。根据工艺要求,开卷机采用上开卷方式,电机实际转速nact由电机上所带码盘测出传给CUVC板,再由CUVC板传给T400板;由激光测速仪测出线速度Vact后,通过Profibus DP网传给T400板;张力给定Zset由操作台设定传给S7-400,S7-400通过Profibus DP网传给T400板。T400板接收到这些数据后,首先由板中的直径计算模块计算出钢卷的实际直径D,然后再根据直径计算出开卷机的转矩M,作为开卷机的转矩限幅传给CUVC板,从而保证张力的恒定。具体的计算公式有:

带钢张力设定值由操作站自动预设定,操作人员也可以人工干预。

2.4.2 自动上卷控制

上卷时,通过安装在上卷小车行走装置上的编码器及光电管,完成带材宽度测量及宽度中心的确定。通过安装在卷径测板上的编码器测得钢卷卷经;通过上卷小车升降装置上的编码器计数,计算出钢卷的高度中心。根据测得的宽度中心和高度中心,完成高度及宽度的自动对中。

小车升降行走的实际距离由FM350-2高速计数模块实现,保证了自动上卷功能的精确性与稳定性。

2.4.3 自动建张、自动升速、自动减速、准确停车、自动换辊功能

本系统应用德国POLYTEC LSV-6200型高精度激光测速仪用于带长计算,在轧制到带材尾部时,根据轧制速度自动计算出减速点和停车点,在达到减速点时自动减速;并在停车点准确停车,以获得最小的预留量,提高成材率。

斜楔、阶梯板调整控制作用是换辊后保持轧制线标高恒定,并补偿辊径变化,它是自动换辊功能中的关键技术。每次在换完工作辊或支承辊后,根据新的工作辊或支承辊的实际直径计算出所需调整的高度,完成轧线自动调零功能。斜楔板调整量30mm,阶梯板调整分5级6个位置,每级调整量30mm,当辊径变化量大于30mm时,阶梯板调整级数为变化量除以30mm的商数,剩余变化量由移动斜楔板调整。

自动换辊功能的投入,提高了设备的安全运行系数。

2.4.4 系统保护

系统保护分为液压系统保护和电气系统保护。包含失张、断带保护,系统急停、快停,压力保护,倾斜保护等。其中失张、断带保护功能的完善是本系统的特色。

3 结论

莱钢六辊可逆冷轧生产线实现了全部设备的计算机控制管理,达到了较高的全自动轧钢控制水平,成功实现了自动厚度控制和AFC自动板型控制的有机耦合。系统功能的完善设计对提高轧线生产能力、产品质量和成材率,降低工人劳动强度,延长设备使用寿命,确保轧线安全生产和提高经济效益具有十分重要的意义。

参考文献

[1]王益群,王海芳,高英杰,等.基于神经网络的轧机液压AGC系统自适应辨识[J].中国机械工程,2004,15(5):450-453.

[2]Zhang Wei,Sun Menghui,Wang Yiqun.Research of automatic gauge control model in hydraulic screw2down system of strip mill[R].Hangzhou,China:Proceedings of the Sixth International Conference on Fluid Power Transmission and Control,2005:717-721.

六辊冷轧机组 篇2

带材板形主要决定于辊缝, 因此, 通过调整辊缝可以纠正任何形式的板形偏差从而获得需要的板形。利用有关辊缝执行机构影响板材平整度的知识来减少板形误差。

在6辊轧机中, 是通过机械执行机构影响带材的平整度。在机械作用之后余下的平整度误差可通过热力学执行机构消除。

机械执行机构可分为: (1) 工作辊弯辊:处理对称的板形误差, 没有弯辊, 带材中心将更长, 有弯辊, 带材各部分压下率均匀, 能够纠正对称边浪; (2) 中间辊弯辊:处理对称的板形误差没有弯辊, 带材中心将更长, 中间辊弯辊能校正带材的中间浪, 另外同工作辊弯辊一起校正四分之一浪; (3) 中间辊CVC窜动, 应用于6辊轧机的中间辊, 通常用作支撑工作辊弯辊, 当支持的弯辊执行机构位置超出设定极限时, 将会给支持环路 (CVC窜动) 一个控制误差, 为CVC窜动系统生成一个模拟输出信号, 支持动作的速度取决于轧制速度; (4) 倾辊:主要处理不对称的板形误差, 没有倾辊, 一侧边缘将更长, 根据这项功能, 倾辊能够校正带材不对称的边浪和上弯拱形。

热力学板形控制是通过向辊上喷淋冷却液来改变工作辊不同位置 (点) 的外形, 使工作辊辊身发生热膨胀或收缩的板形控制。为了获取平整度热力学控制的有效性, 一定要保证冷却液和工作辊有一定的温度差。热力学手段有: (1) 基本冷却:其主要用于辊缝的冷却润滑; (2) 局部分区冷却:根据板形系统的需要来控制开启冷却喷嘴的个数, 来纠正局部板形缺陷; (3) 热边部喷射:热油喷射位置可根据带材的宽度自动调整, 主要用于解决因轧辊边部温降而导致带材边部板形缺陷的问题。

2 板形控制过程

首先输入来料参数如宽度、厚度、合金、状态等, 轧机自动计算出加工道次, 并确定每道次CVC辊的窜动位置、工作辊、中间辊弯辊力、轧制力、轧制油等效喷射宽度和投入喷射百分比等数据;其次进入轧制阶段, 通过现场板形辊系统实时获得带材的平整度, 经分析处理成平整度曲线, 再经数学模型分类为一次、二次、四次方程缺陷, 分别传送到相应板形控制执行机构, 倾辊、工作辊和中间辊弯辊力、CVC窜动进行动态调整, 通过改变辊缝轮廓凸度, 使各自的实时值能够稳定在系统设定值范围内, 解决了一次、二次、四次缺陷, 剩余小的、复杂的、非对称的缺陷由轧制油喷射系统解决, 这样总体上既提高轧机板形的控制能力又避免了因使用大弯辊力而带来的负面影响[1]。

3 板形液压三种控制手段的特性[2]

对于工作辊弯辊, R2 (二次凸度) 与R4 (四次凸度) 均为正值, 随W (带材宽度) 增大, 二者均呈加速增大的趋势, 如图1 (注:由于R4值较小, 在图1~图3中将其放大10倍, 以便于比较) 。

对于中间辊弯辊, 随W增大, R2保持正值且呈减速增大的趋势, R4在W较小时为正值, 随着W的增大转为负值。因此存在一个临界W值, 在此点上中间辊弯辊力的变化只会带来R2的变化, 而不影响有载辊缝的R4, 如图2。

对于CVC窜辊, R2均为正值, R4均为负值, 随W增大, R2呈匀速增大的趋势, R4的绝对值呈加速增大的趋势, 如图3;因此三种控制手段具有一个共同的特性, 即随W增大R4的变化在总的控制效果中所占比重加大。

4 宽、窄料的控制手段

在带材轧制过程中, 往往为了控制好板形, 工作辊弯辊、中间辊弯辊、中间辊CVC窜动都会尽力去校正板形, 结果相互影响, 反而达不到应有的效果;又因为随带材宽度增大四次凸度变化在总的控制效果中所占比重加大, 所以确定宽度的一个临界值, 给不同的执行机构以不同的优先级, 针对宽、窄料制定不同的控制手段[3]。下面定义带材宽度小于某一临界值为窄料, 反之为宽料, 例如南山1号CVC六辊冷轧机, 生产的带材宽度范围为950~2 100 mm, 小于1 660 mm为窄料, 大于1 660 mm为宽料。

(1) 窄料方案

将工作辊弯辊只用来实现纠正板形二次抛物线缺陷, 中间辊弯辊和CVC窜动协助工作辊弯辊;如果工作辊弯辊值超过某设定范围, 工作辊弯辊将发出控制输出信号告诉中间辊弯辊和CVC窜动开始以某一特定速度动作, 来调整板形。中间辊弯辊和CVC窜动的动作与否由工作辊弯辊值来直接控制。

窄料控制如图4所示, 若工作辊弯辊纠正二次缺陷的值超过40%, 中间辊弯辊和CVC窜动将开始动作, 增大凸度, 直到板形系统检测到足够大的凸度, 工作辊弯辊值才开始下降, 当下降到低于38%时, 中间辊弯辊和CVC窜动停止动作。定义WB:工作辊弯辊;IB:中间辊弯辊;SS:CVC窜动。

(2) 宽料方案

工作辊弯辊来实现纠正板形四次曲线缺陷即中浪和双侧边浪[4], 中间辊弯辊和CVC窜动用来实现纠正板形二次抛物线缺陷即四分浪和边中浪, 如果中间辊弯辊值超过某设定范围, 中间辊弯辊将发出控制信号告诉CVC窜动开始以某一特定速度动作, 来调整板形。CVC窜动的动作与否由中间辊弯辊值来直接控制。

宽料控制如图5所示, 若中间辊弯辊纠正二次缺陷的值超过60%, CVC窜动将开始动作, 增大凸度, 直到板形系统检测到足够大的凸度, 中间辊弯辊值才开始下降, 当下降到低于58%时, CVC窜动停止动作。

5 结束语

轧铝设备运行中的板形控制是一个极其复杂的系统工程, 冷轧铝带材板形除了受各工序的影响外, 还与带材的宽度有一定的关系。在现有的CVC 6辊冷轧机运行中, 以液压AGC、弯辊、热力学装置[5]等工艺方法改善板形控制是必要的, 其中液压AGC三种控制手段通过宽、窄料控制策略的设置在现场铝带材轧制过程确实很好的起到了改善板形的作用。

参考文献

[1]郭京林.CVC技术在现代冷轧机中的控制策略和手段[J].轻合金加工技术, 2003, 31 (12) :12-15.

[2]张云鹏, 吴庆海, 王长松.六辊CVC冷轧机板形控制性能研究[J].冶金设备, 1998 (12) :8-10.

[3]张清东, 陈先霖.CVC四辊冷轧机板形控制策略[J].北京科技大学学报, 1996 (8) :347-350.

[4]黄纶伟, 程先霖, 张清东.板带冷轧机板形控制技术调控功效的比较研究[J].冶金设备, 2002 (2) :4-7.

六辊冷轧机组 篇3

一用户Φ480, 560, 1 300 mm×2 050 mm六辊不可逆铝板带箔冷轧机中的中间辊在辊身边缘部位发生剥落。中间辊规格为Φ560 mm×2 050 mm×4 600 mm, 材质为Cr3, 剥落部位如图1所示。轧制时速度达到1 000 m/min, 中间辊轴向可移动以控制板形。

2试验研究

2.1剥落断口分析

辊身剥落处可见清晰的疲劳痕 (海滩痕) , 如图2所示。疲劳痕间距沿扩展方向逐步加宽, 沿疲劳扩展的反方向可追溯疲劳源点, 如图3所示。

2.2无损探伤检测[1]

沿着疲劳扩展的反方向, 对轧辊同圆周方向未剥落区域表面进行磁粉检测, 发现表面有微裂纹, 如图4所示。

以此处表面裂纹为源点沿疲劳的扩展方向用超声波探伤检测, 如图5所示。显示整个检测范围内, 轧辊内部有空隙, 空隙深度从0～25 mm, 如图6所示。源点处双晶探头检测显示无裂纹信号 (表明该处裂纹不是垂直向下) , 显示裂纹深度为0 mm, 随着探头沿着疲劳扩展方向移动, 裂纹深度越来越深, 裂纹深度显示3.97 mm→7.66 mm→21.45 mm。说明裂纹源正是从此处沿周向向轧辊内部扩展, 由浅入深, 并形成如图2和图3中的疲劳扩展轨迹, 最终导致剥落。

2.3疲劳源点金相检测

对表面疲劳源点处的裂纹部位进行酸腐蚀, 如图7所示, 可以明显看出有一条长约100 mm的黑色回火带。

对该部位做金相检测[2], 经磨削、抛光后观察, 发现非金属夹杂物情况正常, 但存在与轧辊轴向相垂直、长短不等的多条裂纹, 经浸蚀后观察, 肉眼可见的裂纹均位于烧伤带上;再经显微观察, 发现烧伤带部位组织有二次回火现象, 如图8～13所示。

3分析与讨论

由裂纹扩展形貌、超声波检测及金相检测结果可知, 轧辊表面的局部烧伤带是轧辊剥落失效的根源。轧辊在使用过程中局部的粘辊、堆辊、打滑会导致局部剧烈加热, 温度超过轧辊回火温度, 甚至可达相变点以上, 表面以接触区为中心, 出现不同的温度层次, 并产生相应的组织变化。由于温度升高和组织变化引起热膨胀和来自周围的压应力, 当超过屈服点时, 产生塑性变形, 在塑性变形区有残余压应力的局部释放和应力重新分配, 并出现拉应力, 而拉应力非常容易引起裂纹。裂纹在后续的使用中向轧辊内部扩展, 扩展至过渡层后开始沿周向扩展, 直至剥落。

4结论

六辊不可逆冷轧机中间辊剥落是由轧制事故导致的局部热冲击所产生裂纹引起, 并向内部扩展造成的。

参考文献

[1]郑晖, 林树青.超声检测 (第2版) [M].北京:中国劳动社会保障出版社.2008.

六辊冷轧机组 篇4

在当今社会中, 随着科技的发展, 冷轧带钢正在逐渐得到广泛的应用, 例如电器、电子、食品罐头、精密仪器、汽车制造等领域, 都需要应用带钢, 同时对带钢的性能也提出了更高的要求。对此, 钢铁企业应当致力于对生产技术水平的提升, 通过对新设备的积极研发, 更好的满足用户的使用需求。在这样的背景下, 冷轧板带轧机设备得到了极大的发展, 出现了六辊可逆冷轧机, 使得生产效率和钢材质量都得到了有效的提升。

1 辊系的理论设计

1.1 辊系理论设计依据

冷轧滚的形态一般为圆柱形结构, 包括了传动辊头、辊颈、辊身等部分, 如图1所示。其中, 辊头也叫做轴头, 其与驱动装置利用联轴器连接, 辊头的作用主要是对减速机输出力矩进行传递, 常见的包括带键槽辊头、万向辊头、梅花辊头等形状。辊颈在外部安装了轴承, 对轧制力进行承载, 轧制力通过轴承向轴承座传递, 经过支承辊轴承座及压下装置, 到达牌坊。常见的辊颈是圆柱形辊颈, 对四列圆锥滚子轴承进行安装, 在外侧设有开口环, 能够加快换辊速度。此外, 还有圆锥形的辊颈, 主要与油膜轴承配合使用。辊身是具有最大直径的部分, 其与带钢直接接触, 需要承受冲击、高压、高温条件。

1.2 轧辊间接触应力

在两个轧辊之间, 辊间轮廓接触的位置, 受到压力接触后, 两会发生形变, 发生区域弹性压变。在接触面上, 具有二次抛物线状分布的应力, 其中, 产生压应力最大的方向为Z轴的方向。按照轧辊表面硬度, 能够对许用应力进行查询, 如表1所示, 根据得出结果判断接触应力是否满足要求。在辊面接触区, 材料上各点具有三向应力的情况, 对于较大接触应力也能进行克服。在与接触面逐渐远离的过程中, 接触应力也会发生衰减, 因而对于轧辊并不会产生太大的不良影响。在轧辊相向转动时, 会有周期性交变切应力发生在接触区, 同时力的方向会正反交替改变, 因而可能导致辊面剥落的情况发生。

1.3 六辊轧机辊系变形

在轧机设计当中, 轧辊的弹性变形是一个十分重要的参数, 在轧机总变形当中, 占据着很大的比例。在辊系变形当中, 主要受到温差、外力等因素的影响, 具体包括轧制带钢时的反作用力, 中间辊窜辊造成的变形, 轧制带钢是辊面的接触变形, 辊间接触造成的变形, 以及轧辊温差造成的热变形等[1]。对轧辊弹性变形的研究, 可以采用有限元法、弹性基础梁法、影响函数法、解析法等进行研究。和切应力相比, 弯矩造成的弹性变形要更大。在轧制过程中, 轧辊之间的接触应力较大, 接触区在受到挤压之后, 或发生变形, 从而造成柱状轧辊轮廓的变形。

2 辊系有限元接触与模型

2.1 有限元方法及原理

有限元法主要是将研究对象进行切分, 得到体单元、面单元、梁单元、杆单元等多个连续小单元, 利用公共节点连接各个单元。通过这种方式, 能够简化复杂问题得出近似结果。在实际应用中, 首先将实体模型转换为离散模型, 进行网格划分, 然后对位移函数进行选择, 对单元刚度矩阵及方程进行推导, 对等效节点力进行计算, 对单元方程进行组装, 最后对未知节点位移进行求解, 并对单元应力进行计算。

2.2 ANSYS接触

在日常工作及生活中, 接触现象十分常见, 例如轴承接触、齿轮啮合、以及辊间接触等[2]。接触问题是一类非线性问题, 在模型接触的位置发生非线性现象。接触区域未必是永远接触, 根据研究模型状态的改变, 接触受到外部原因、约束原因、荷载原因的影响, 也会发生变化。在对两个直接接触物体进行分析时, 应当确保接触面之间未发生相互穿透现象。在接触问题的类型当中, 主要包括了刚体-柔体接触、柔体-柔体接触等。在ANSYS当中, 对于不同类型的接触, 有相应的方法进行解决, 同时能够解决点和面的接触问题。

2.3 六辊轧机辊系有限元模型

在辊系模型面-面接触的分析当中, 首先对辊系有限元模型进行创建和划分, 然后对接触类型进行识别, 对相应的实常数和未知数、关键选项等进行设置。对必要的边界条件进行施加, 对求解选项进行定义, 对接触问题进行求解。在有限元模型创建中, 首先利用ANSYS软件, 对实体模型进行建立, 然后对辊系材料属性进行设定, 进而对网格进行划分。在辊间接触问题的研究中, 两个工作中的辊面会发生接触, 并将这两个辊面作为一个“接触对”, 并通过实常数号进行识别。在辊系当中, 施加的主要边界条件包括弯辊力荷载、轧制力荷载等, 同时对轧辊两端位移进行约束。

3 辊系强度和刚度的影响因素

3.1 辊系强度

在生产轧制过程中, 轧辊会受到多种应力的综合作用, 与带钢之间, 长期存在温差变化、挤压接触等情况, 因而会发生较大程度的磨损, 造成辊面表层剥落或发生断裂等情况, 可能造成严重的安全事故。在生产当中, 这种破坏及磨损情况通常是难以彻底消除的, 不过, 可以通过相应的方式, 对破坏及磨损的诱因进行减少, 从而延长轧辊的使用寿命。在实际应用中, 轧辊的破坏来源主要包括了最初设计阶段, 制造阶段、使用阶段等。基于此, 可在设计初期对安全系数进行增加, 对以上问题进行克服。

3.2 弯辊及窜辊的影响

在当前的社会中, 对于冷轧带钢产品的要求越来越高, 要求其必须具有满足要求的外观形状, 而通过对辊缝的调节, 能够对板型厚度均匀程度进行控制。在实际生产中, 轧制受力变形、生产使用情况、工艺冷却效果等, 都会对辊缝形状产生影响[3]。轧辊具有不固定的温度, 在初始和稳定的轧制阶段, 会具有不同的温度, 在辊芯、辊面之间会发生温度传递, 因而会对轧辊凸度产生影响。在工作当中, 轧辊和工件之间, 以及轧辊和轧辊之间, 由于受到轧制循环应力的影响, 因而会发生磨损, 造成辊形的变化。

3.3 有限元模型的验证应用

在轧机辊系当中, 主要的参数包括支承辊的辊身直径、辊身长度、辊颈直径、辊径长度、总长度、过渡圆弧半径, 中间辊的辊身直径、辊身长度、辊颈直径、辊径长度、总长度等, 工作辊的辊身直径、辊身长度、辊颈直径、辊径长度、总长度等。在六辊可逆冷轧机的实际应用当中, 通过对轧制带钢后的辊间接触应力, 以及带钢宽度方向厚度差的测量, 能够对有限元模型进行验证。在一定的范围内, 平均辊间接触应力会随着单位轧制力的增加而变化, 不过整体的接触应力趋势并不会发生根本性的变化。通过有限元计算结果与现场取样计算结果的对比, 得出较为相似的结果, 因而证明了有限元模型的正确性。

4 结论

在当前的钢铁生产当中, 六辊可逆冷轧机是一个十分重要的设备, 对于生产带钢产品的效率和质量都有着重要的影响, 其中, 辊系是冷轧机当中的重要部分, 对冷轧机的工作性能会产生直接的影响。基于此, 本文主要对六辊可逆冷轧机辊系结构的参数影响进行了分析, 同时建立和验证了相应的有限元模型, 以期为辊系结构的进一步优化提供借鉴。

参考文献

[1]曹建国, 张勇, 杨光辉, 孟小明, 曹立潮, 周学会, 王正凯.UCM六辊冷轧机中间辊辊形研究[J].中南大学学报 (自然科学版) , 2011, 04:966~971.

[2]张建波, 郭丽丽, 赵峰, 孙庆安, 李学帅, 刘维民, 刘耀.米诺六辊UC轧机轧制黄铜板材板形问题分析[J].有色金属科学与工程, 2014, 05:74~78.